переработка

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Проблемаполучениянизкозастывающихмоторныхтоплив(атакже масел)можетбытьрешенавключениемвсхемыНПЗновогоэффективного и весьма универсального процесса — каталитической гидродепарафинизации (КГД) нефтяных фракций. Процессы КГД находят в последниегодывсеболееширокоеприменениезарубежомприполучении низкозастывающих реактивных и дизельных топлив, смазочных масел

ив сочетании с процессом каталитического риформинга (селекто-фор- минга) — высокооктановых автобензинов. В зависимости от целевого назначения в качестве сырья КГД могут использоваться бензиновые, керосино-газойлевыеилимасляныефракциипрямойперегонкинефти. Процесс КГД основан на удалении из нефтяных фракций н-алкановых углеводородов селективным гидрокрекингом в присутствии металлоцеолитных катализаторов на основе некоторых типов узкопористых цеолитов (эрионита, морденита, SZM-5 и др.). Селективность их действия обусловлена специфической пористой структурой: через входные окна могут проникать и контактировать с активными центрами (обладающими бифункциональными свойствами) только молекулы н-алкановых углеводородов определенных размеров. В результате проведения процесса КГД (в условиях, сходных с режимами процессов гидрообессеривания газойля) достигается значительное (на 25…60°С) снижение температуры застывания и температуры помутнения и улучшение фильтруемости денормализатов КГД при выходах 70…90% и одновременном образовании высокооктановых бензинов. Процесс КГД наиболее эффективен при облагораживании сырья, содержащего относительно невысокое количество н-алканов (менее 10%), переработка которого традиционными процессами депарафинизации по экономическим и технологическим причинам нецелесообразна. Использование процесса КГД позволяет значительно расширить сырьевую базу производств дизельных топлив зимних и арктических сортов.

Наиболее дешевым способом получения зимнего дизельного топлива за рубежом является введение (в сотых долях процента) депрессорных присадок в летнее топливо. Однако подавляющее большинство присадок, достаточно эффективно понижая температуру застывания топлива, практически не влияют на температуру его помутнения, что в значительной степени ограничивает область его применения. Такое топливо возможно применять в районах с температурой воздуха зи- мойнениже–15°С.Такиеклиматическиеусловиясоответствуютболь- шинству стран Западной Европы, Прибалтике, Белоруссии, Молдавии

иУкраине. Однако промышленное производство отечественных депрессорных присадок до сих пор не организовано.

854

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Дальнейшее увеличение ресурсов дизельных топлив возможно за счет расширения их фракционного состава и использования дистиллятов вторичных процессов. Так, повышением температуры конца кипения на 25...30°С можно увеличить ресурсы летнего топлива на 3...4% от общего его производства. Такая температура конца кипениясоответствует примерно t90% = 360°С. В настоящее время на ряде НПЗ страны начат выпуск по ТУ в достаточно больших масштабах летнего дизельного топлива утяжеленного фракционного состава (с tн.к. = 60…80°С, t90% = 360°С), представляющего собой по существу смесь бензиновой и дизельной фракций. Топлива такого вида 3 уже получают из некоторых газоконденсатов и используют в отдаленных северных и северовосточныхрайонахстраны,кудазатруднительнадоставкастандартного дизельного топлива.

Производство дизельных топлив можно значительно увеличить за счет использования в их составе вторичных газойлей (каталитического крекинга и коксования), хотя это и приводит к ухудшению химической стабильности топлив. Наибольшее применение за рубежом находит легкий газойль каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем. В США, например, доля такого газойля в составе дизельного топлива весьма значительна. Поэтому в нем возросло содержание ароматических углеводородов, а цетановое число уменьшилось в среднем дизельном фонде до 40…42 против 45…50 в Западной Европе и бывшем СССР.

Представляется возможным расширить ресурсы дизельных топлив также за счет высвобождения значительных количеств газойлевых фракций, оставляемых ныне в мазуте или добавляемых в котельное топливо как разбавителя с целью обеспечения требуемой вязкости. По мере уменьшения объемов производства котельных топлив и увеличения мощностей висбрекинга или других процессов глубокой переработки нефтяных остатков количество газойлевых фракций будет непрерывно возрастать, что позволит дополнительно расширить ресурсы дизельных топлив.

Нефтеперерабатывающему комплексу России предстоит в ближайшие годы решить технологически и экономически нелегкие проблемы организации выпуска экологически чистых марок дизельного топлива (см. табл. 9.7) со сверхнизким содержанием серы(менее 0,05%), что потребуетвнедренияновых,болееактивныхиселективных,катализаторов глубокойгидроочистки(илистроительствадополнительныхреакторов), а также увеличения доли зимних и арктических марок путем внедрения эффективного процесса каталитической гидродепарафинизации.

3 Например, газоконденсатное широкофракционное зимнее (ГШЗ).

855

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Альтернативные моторные топлива. Непрерывный рост по-

требности в жидких моторных топливах и ограниченность ресурсов нефти обусловливают необходимость поисков новых видов топлив, получаемых из ненефтяного сырья. Одним из перспективных направлений является получение моторных топлив из таких альтернативных источников сырья, как уголь, сланец, тяжелые нефти и природные битумы, торф, биомасса и природный газ. С помощью той или иной технологии они могут быть переработаны в синтетические моторные топливатипабензина,керосина,дизельноготопливаиливкислородсо- держащиеуглеводороды—спирты,эфиры,кетоны,альдегиды,которые могут стать заменителем нефтяного топлива или служить в качестве добавок, улучшающих основные эксплуатационные свойства топлив, например антидетонационные. К настоящему времени разработаны (или ведутся интенсивные исследовательские работы) многие технологии производства синтетических моторных топлив. В нашей стране ведутсяисследованияпополучениюмоторныхтопливизугля(прямым его ожижением или путем предварительной газификации в синтез-газ) в рамках специальной комплексной программы.

Исключительно перспективным является прямое использование природногогазавтранспортныхиэнергетическихустановках.Появляетсявсебольшеавтомобилей,рассчитанныхнаиспользованиегазового топлива в сжатом или сжиженном состоянии.

Мировойпаркавтомобилей,эксплуатируемыхвнастоящеевремяна газовых топливах, оценивается в ≈5,0 млн шт. На автомобилях сжатый природный газ, состоящий преимущественно из метана, хранят и эксплуатируют в баллонах при давлении до 20 МПа. Природный газ обладает высокими антидетонационными свойствами (ОЧИМ около ПО), чтопозволяетсущественноповыситьстепеньсжатиядвигателяитемсамымлитровуюмощностьдвигателя,снизитьудельныйрасходтоплива.

При работе двигателя на сжатом природном газе (СПГ) межремонтныйпробегв2разавыше,чемнабензине,исущественноменьшерасход масла. Недостатком СПГ является необходимость использования специальныхтолстостенныхбаллонов.Сжиженныенефтяныегазы(СНГ), содержащие преимущественно пропан и бутан, в качестве автомобильных топлив имеют ряд преимуществ перед сжатыми газами и поэтому

внастоящее время находят более широкое применение. СНГ — качественное углеводородное топливо с высокими антидетонационными свойствами (ОЧИМоколо ПО), широкими пределамивоспламенения, хорошо перемешивается с воздухом и практически полностью сгорает

вцилиндрах.ВрезультатеавтомобильнаСНГимеетв4…5разменьшую

856

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

токсичность в сравнении с бензиновым. При работе на СНГ полностью исключается конденсация паров топлива в цилиндрах двигателя,

врезультате не происходит сжижения картерной смазки. Образование нагара крайне незначительно. К недостаткам СНГ следует отнести высокую их летучесть и большую взрывоопасность.

Всвязи с удорожанием нефти и запрещением применения ТЭС

впоследние годы во многих странах мира наметилась тенденция к возрастающемуиспользованиюкислородсодержащихсоединенийвтоварных высокооктановых автобензинах. Среди них достаточно широкое применение находят метиловый (МС), этиловый (ЭС) и трет-бутило- вый (ТБС) спирты, и особенно метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), обладающие (табл. 9.9) высокими октановыми числами, низкими температурами кипения, что позволяет повысить ОЧ головных фракций и тем самым улучшить коэффициент распределения ДС, а также достаточно высокой теплотой сгорания. Из спиртов наиболее широкими сырьевыми ресурсами обладает метанол. Его можно производить из газа, угля, древесины, биомассы и различного рода отходов. Безводный метанолхорошосмешиваетсясбензиномвлюбыхсоотношениях,однакомалейшеепопаданиеводывызываетрасслаиваниесмеси.Уметанола ниже теплота сгорания, чем у бензина, он более токсичен. Тем не менее метанол рассматривают как топливо будущего. Ведутся также исследования по непрямому использованию метанола в качестве моторных топлив. Так, разработаны процессы получения бензина из метанола на цеолитах типа ZSM.

Среди кислородсодержащих высокооктановых компонентов наиболее перспективными и ныне широко применяемыми оксигенатами в составе зарубежных автобензинов являются эфиры. Обладая вы-

857

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

сокими антидетонационными свойствами, они хорошо смешиваются с бензинами, практически не вызывают коррозии и не требуют переделок в системах питания автомобилей. Они имеют меньшую плотность, соизмеримую с углеводородами теплоту испарения, преимущественно повышаютдетонационнуюстойкостьголовныхфракцийавтобензинов.

Среди эфиров по ресурсам производства наиболее перспективным является метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). На основании положительных государственных испытаний в России разрешено производство и применение автобензинов с содержанием МТБЭ до 11% мас. Установки по производству МТБЭ построены на ряде НПЗ в составе комбинированных установок Г-43-107 на базе газов каталитического крекинга.

При добавлении МТБЭ в бензины снижается содержание оксида углерода, углеводородов и полициклических ароматических соединений в выхлопных газах автомобилей. Некоторым недостатком МТБЭ является повышенное давление насыщенных паров, что иногда препятствует его применению в летний период в связи с требованиями по испаряемости (табл. 9.10).

Таблица 9.10 — Характеристика простых эфиров С5–С8, пригодных

в качестве компонентов бензинов

По антидетонационным свойствам МТБЭ уступает этил-трет-бу- тиловому эфиру (ЭТБЭ), а по экологическому воздействию — ЭТБЭ и трет-амилметиловому эфиру (ТАМЭ). Проблема производства ЭТБЭ связана с ресурсами этанола, что дороже метанола.

ТАМЭ можно получать на базе продуктов каталитического крекинга по технологии синтеза МТБЭ. Во фракции С5 содержится около 20…30% изоамиленов. Введение ТАМЭ в бензин способствует выполнению требований по испаряемости товарных автобензинов.

858

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Диметиловыйэфир(ДМЭ)рассматривается в последние годы как экологически чистое, весьма перспективное газобаллонное дизельное топливо.

Его основные физико-химические свойства:

В настоящее время организовано промышленное производство ДМЭ,используемоговкачественаполнителяприполученииаэрозолей вместо фреонов. В Дании провели длительные полевые испытания автобусовсегоиспользованиемвкачестведизельноготоплива.Главными достоинствами ДМЭ являются высокое цетановое число, топливная экономичность, низкая температура кипения, обеспечивающие чистый выхлоп, легкий «холодный» запуск и длительный межремонтный пробег дизеля. Промышленное производство ДМЭ основано на осуществлении каталитической реакции дегидратации метанола, получаемого, как известно, из синтез-газа (СО + СО2 + Н2) — продуктов парокислородной газификации природного газа, твердых топлив или тяжелых нефтяных остатков.

9.7.Современное состояние и тенденции развития нефтеперерабатывающей промышленности мира и России

Общей современной тенденцией в структуре использования нефти

вмировойэкономикеявляетсяснижениедолиеепотреблениявэлектро- итеплоэнергетикевкачествекотельно-печноготопливаиувеличение—

вкачестве транспортного моторного топлива и нефтехимического сырья. Ниже приведена структура использования нефти в мировой экономике,% мас.

Эти изменения в структуре потребления нефти обусловлены опережающим развитием за последние годы транспортных средств с двига-

859

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

телями внутреннего сгорания по сравнению с развитием энергетики, т.е. превышением темпов моторизации по сравнению с темпами электрификации.

В настоящее время на долю нефтехимии приходится относительно небольшоеколичество—около8%маc.потребляемойнефти.Вразлич- ных странах эта доля колеблется в пределах 2...10%. Вполне вероятно, что к концу XXI в. нефтехимия станет почти единственным направлением применения нефти.

Объемы переработки нефти в мире за последние годы изменялись почтипропорциональнотемпамеедобычи.Впериод«нефтяногобума» (1960–1970 гг.) при наличии дешевой ближневосточной и латиноамериканской нефти число и суммарные мощности НПЗ в мире увеличивались исключительно быстрыми темпами. При этом на НПЗ развитых стран (за исключением США), а также стран Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока и Африки преимущественное распространение получили схемы с неглубокой и умеренной глубиной переработки нефти. В США вследствие традиционно высокого уровня потребления моторных топлив и наличия дешевых ресурсов природного газа и угля осуществлялась глубокая переработка нефти.

Качественный и количественный скачок в тенденциях развития мировой нефтепереработки произошел на рубеже 1970–1980 гг., когда резкое повышение цен на нефть привело к сокращению ее добычи и потребления в качестве котельно-печного топлива и тем самым переориентации на углубленную и глубокую переработку нефти. После 1979г.объемыпереработкинефти,суммарныемощности,атакжечисло НПЗ постепенно уменьшались. При этом преимущественно закрывались маломощные, менее рентабельные НПЗ. Естественно, это привело к некоторому росту удельной мощности НПЗ. Снижение объемов нефтедобычи привело к появлению избытка мощностей НПЗ, преимущественно по процессам прямой перегонки нефти, которые подвергались реконструкции под другие вторичные процессы. Однако вопре-

860

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ки пессимистическим прогнозам объемы добычи и переработки нефти вмирекконцуистекшеговекавновьнесколькоувеличилисьидостигли уровня 1979 г. — 3,2…3,3 млрд т/год.

В табл.9.11 приведена технологическая структура мощностеймировой нефтепереработки за 2001 г.

Таблица 9.11 — Технологическая структура мощностей

переработки нефти в мире за 2001 г.

По суммарным мощностям НПЗ и объемам переработки нефти (см. табл. 9.5) ведущее место принадлежит США, которые по этим показателям превосходят вместе взятые страны Западной Европы и Японию.

Сверхглубокаястепеньпереработкинефти,ярковыраженный«бензиновый»профильНПЗСШАдостигаетсяширокимиспользованиемвторичныхпроцессов,такихкаккаталитическийкрекинг(≈36%),каталитическийриформинг(≈19%),гидроочисткаигидрообессеривание(≈41%), гидрокрекинг (9,3%), коксование, алкилирование, изомеризация и др.

861

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Наиболее массовый продукт НПЗ США — автобензин (42% на нефть). Соотношение бензин : дизельное топливо составляет 2 : 1. Котельное топливо вырабатывается в минимальных количествах — 8% на нефть. Глубокая (≈93%) степень переработки нефти в США обусловлена применением прежде всего каталитического крекинга вакуумного газойля и мазутов, гидрокрекинга и коксования. По мощностям этих процессов США существенно опережают другие страны мира.

ИзпромышленноразвитыхстраннаиболеекрупныемощностиНПЗ имеют:вЗападнойЕвропе—Италия,Франция,ГерманияиВеликобри- тания; в Азии — Япония, Китай и Южная Корея. НПЗ развитых стран Западной Европы и Японии характеризуются меньшей, чем у США, глубинойпереработки нефти, что обусловливается необходимостью по климатическим условиям производства большого количества печного топлива.

Соотношениебензин:дизельноетопливонаНПЗЗападнойЕвропы впользудизельноготоплива,посколькувэтихстранахосуществляется интенсивнаядизелизацияавтомобильноготранспорта.Понасыщенности НПЗ вторичными процессами, прежде всего углубляющими переработку нефти, западно-европейские страны значительно уступают США. Доля углубляющих нефтепереработку процессов (каталитический крекинг, термический крекинг, гидрокрекинг и алкилирование) на НПЗ США и Западной Европы составляет соответственно 72 и 43%.

Для увеличения выхода моторных топлив в ряде стран мира реализуется программа широкого наращивания мощностей процессов глубокой переработки нефти, прежде всего установок каталитического крекинга. Так, доля КК от мощности первичной переработки нефти на начало XX века достигла (в%):

Встранах-экспортерахнефтинаиболеекрупнымимощностямиНПЗ обладают Саудовская Аравия, Мексика, Бразилия, Венесуэла и Иран. Характерная особенность нефтепереработки в этих странах — низкая глубина переработки нефти (выход светлых около 50%) и соответ-

862

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ственно малая насыщенность НПЗ вторичными процессами. Однако

впоследниегодыисрединихнаметиласьтенденциякуглублениюнефтепереработки. Так, доля каталитического крекинга на НПЗ Бразилии и Венесуэлы к 1994 г. достигла соответственно 27 и 20%.

НПЗ бывшего СССР, построенные до 1950 г., были ориентированы на достаточно высокую глубину переработки нефти. В 1960–1970 гг.

вусловияхнаращиваниядобычиотносительнодешевойнефтивУралоПоволжье и Западной Сибири осуществлялось строительство новых НПЗ,преимущественнопосхемамнеглубокойичастичноуглубленной переработки нефти, особенно в Европейской части страны. Развитие отечественной нефтепереработки шло как количественно, т.е. путем строительствановыхмощностей,такикачественно—засчетстроитель- ства преимущественно высокопроизводительных и комбинированных процессов и интенсификации действующих установок. Причем развитиеотраслишлоприухудшающемсякачественефтей(так,в1980г.доля сернистых и высокосернистых нефтей достигла ≈84%) и неуклонно возрастающих требованиях к качеству выпускаемых нефтепродуктов.

Впоследние годы перед распадом Советского Союза правительство

СССРосновноевниманиеуделялостроительствуновыхвысокоэффективныхНПЗпоследнегопоколениявсоюзныхреспубликах:Литве(Мажейкяйский, 1984 г. пуска, мощностью 13,3 млн т); Казахстане (Чимкентский, 1984 г. пуска, мощностью 6,6 млн т, Павлодарский, 1978 г. пуска, мощностью 8,3 млн т); Туркмении (Чарджоуский, 1989 г. пуска, мощностью6,5млнт)набазекомбинированныхустановокЛК-6у,КТ-1 идр.РоссииотбывшегоСССРдостались26моральноифизическистареющих НПЗ. Из них восемь было пущено в эксплуатацию до второй мировой войны, пять — построены до 1950 г., еще девять — до 1960 г. Такимобразом,23из26НПЗэксплуатируютсяболее40—70лети,естест- венно, требуется обновление оборудования и технологии (табл. 9.12). Разумеется, российским НПЗ необходимы срочная реконструкция, существенное увеличение мощностей каталитических процессов, повышающих глубину переработки нефти и качество выпускаемых нефтепродуктов.

Наиболее массовым нефтепродуктом в стране (табл. 9.13) все еще остается котельное топливо (≈27%). Вторым по объему выпуска нефтепродуктов является дизельное топливо (28,4%). Объем производства бензинов (15,6%) ниже, чем дизельного топлива (соотношение бензин : дизельное топливо составляет — 1 : 1,8). Глубина переработки нефти за последнее десятилетие практически не изменилась и застыла на уровне 65%.

863